化工原理課程設(shè)計(jì)---板式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目名稱：板式精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　院 系　　 化學(xué)化工學(xué)院　　</p><p>　　專 業(yè)　　化學(xué)工程與工藝　 </p><p>　　班 級(jí)　 2008級(jí)化工2班 </p><p>　

2、　學(xué) 號(hào)　　 　　 </p><p>　　2011年 7 月 3 日</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p>　　1.物 系：苯-甲苯</p><p>　　2.

3、塔板型式：篩板塔</p><p><b>　　3.處 理 量：</b></p><p>　　4.進(jìn)料組成(質(zhì)量百分比)：苯：39.5%</p><p>　　5.分離要求(質(zhì)量百分比)：塔頂：96% 塔底：0.01</p><p><b>　　6.進(jìn)料狀態(tài)：泡點(diǎn)</b></p>&

4、lt;p><b>　　7.操作壓強(qiáng)：常壓</b></p><p><b>　　8.回流比：</b></p><p><b>　　9.塔底間接加熱</b></p><p>　　10.廠址選擇：河南許昌</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</b&g

5、t;</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)方案確定</b></p><p>　　選擇工藝流程、主要設(shè)備及典型輔助設(shè)備的形式。</p><p><b>　　2.工藝過程計(jì)算</b></p><p>　　物料衡算、回流比和理論塔板數(shù)確定、熱量衡算等。</p><p>　　3.典型

6、輔助設(shè)備的計(jì)算</p><p>　　冷凝器的傳熱面積和冷卻介質(zhì)的用量計(jì)算；再沸器的傳熱面積和加熱介質(zhì)的用量計(jì)算。</p><p><b>　　4.塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　塔徑、溢流裝置及塔板布置、塔高等設(shè)計(jì)；要求以單線圖的形式繪制塔板布置結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　5.流體力學(xué)驗(yàn)算&

7、lt;/b></p><p>　　繪制塔板負(fù)荷性能圖。</p><p><b>　　6.塔的工藝條件圖</b></p><p>　　以單線圖的形式繪制，圖面上應(yīng)包括主體設(shè)備的外形、工藝參數(shù)等。</p><p><b>　　7.編寫設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　

8、使用統(tǒng)一課程設(shè)計(jì)格式（詳見許昌學(xué)院課程設(shè)計(jì)編寫要求）。主要項(xiàng)目及編排順序?yàn)椋?lt;/p><p>　?、僭O(shè)計(jì)說明書封面 (使用統(tǒng)一模板)；②任務(wù)書；③目錄；④設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介；⑤工藝過程計(jì)算及主要設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算；⑥輔助設(shè)備的計(jì)算；⑦設(shè)計(jì)評(píng)述；⑧附錄：主體設(shè)備工藝條件圖；⑨參考文獻(xiàn)</p><p>　　指導(dǎo)教師：孫國(guó)富 徐靜莉</p><p>　　完成日期：2011年6月

9、22日～7月2日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工﹑煉油﹑石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的題目是苯—甲苯二元物系板式精餾塔的設(shè)計(jì)。在確定的工藝要求下，確定設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，塔輔助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算，精餾工藝過程流程圖，精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)說明書。</p&g

10、t;<p>　　關(guān)鍵詞：板式塔；苯--甲苯；工藝計(jì)算；結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p><b>　　2 塔體計(jì)算2</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案的確定2<

11、/p><p>　　2.2 精餾塔的物料衡算2</p><p>　　2.2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)2</p><p>　　2.2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量2</p><p>　　2.2.3 物料衡算2</p><p>　　2.3 塔板數(shù)的確定3</p><p>

12、　　2.3.1 理論板層數(shù)的求取3</p><p>　　2.3.2 實(shí)際板層數(shù)的求取4</p><p><b>　　3 塔板計(jì)算5</b></p><p>　　3.1 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算5</p><p>　　3.1.1 精餾段的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算5</p><p>

13、　　3.1.2 提餾段的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算7</p><p>　　3.2 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算9</p><p>　　3.2.1 塔徑的計(jì)算9</p><p>　　3.2.2 精餾塔有效高度的計(jì)算11</p><p>　　3.3 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算11</p><p>　　3.3.1 精餾段塔板

14、主要工藝尺寸的計(jì)算12</p><p>　　3.3.2 提餾段塔板主要工藝尺寸的計(jì)算14</p><p>　　3.4 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算16</p><p>　　3.4.1 精餾段篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算16</p><p>　　3.4.2 提餾段篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算19</p><p>　　3.5 塔板負(fù)荷性能圖

15、21</p><p>　　3.5.1 精餾段塔板負(fù)荷性能圖21</p><p>　　3.5.2 提餾段塔板負(fù)荷性能圖24</p><p><b>　　4 熱量衡算29</b></p><p>　　4.1 比定壓熱容的計(jì)算29</p><p>　　4.2 熱量衡算30</p>

16、<p>　　4.2.1 0℃時(shí)塔頂氣體上升的焓30</p><p>　　4.2.2 回流液的焓30</p><p>　　4.2.3 塔頂餾出液的焓31</p><p>　　4.2.4 冷凝器消耗的焓31</p><p>　　4.2.5 進(jìn)料口的焓31</p><p>　　4.2.6 塔底殘液的焓

17、31</p><p>　　4.2.7 再沸器（全塔物料衡算式）31</p><p><b>　　5 附屬設(shè)備33</b></p><p>　　5.1 冷凝器33</p><p>　　5.1.1 計(jì)算冷卻水流量33</p><p>　　5.1.2 冷凝器的計(jì)算33</p>&

18、lt;p>　　5.2 再沸器33</p><p>　　5.2.1 間接加熱蒸汽33</p><p>　　5.2.2 再沸器的加熱面積33</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)35</b></p><p><b>　　附圖36</b></p><p><b

19、>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的

20、填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。</p><p>　　工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求是：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳熱、傳質(zhì)效率高；（3）氣流的摩擦阻力小；（4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量少；（6）制造安裝容易，操作維修方便。此外，還要求不易堵塞、耐腐蝕等。</p><

21、p>　　板式塔大致可分為兩類：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）無降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板）、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。</p><p>　　苯的沸點(diǎn)為80.1℃，熔點(diǎn)為5.5℃，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88，但其分子質(zhì)量比水重。苯難

22、溶于水，1L水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng)。</p><p>　　甲苯的熔點(diǎn)為-95℃，沸點(diǎn)為111℃，帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液體，密度為0.866，對(duì)光有很強(qiáng)的折射作用（折射率：1.4961）。甲苯幾乎不溶于水(0.52)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常

23、用有機(jī)溶劑中也有很好的溶解性。甲苯的粘性為0.6，也就是說它的粘稠性弱于水。甲苯的熱值為40.940，閃點(diǎn)為4℃，燃點(diǎn)為535℃。</p><p>　　分離苯和甲苯，可以利用二者沸點(diǎn)的不同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使其分離并分別進(jìn)行回收和儲(chǔ)存。板式精餾塔、浮法塔都是常用的塔類型，可以根據(jù)不同塔各自特點(diǎn)選擇所需要的塔。</p><p>　　篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣

24、流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。</p><p>　　篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多，所以在

25、本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。</p><p><b>　　2 塔體計(jì)算</b></p><p>　　2.1設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料也通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝氣冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品

26、冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，股操作回流比去最小回流的1.8倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。</p><p>　　2.2精餾塔的物料衡算</p><p>　　2.2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量 </p><p><b>　　甲苯的摩爾質(zhì)量

27、 </b></p><p>　　2.2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　2.2.3物料衡算</b></p><p><b>　　原料處理量 </b></p><p><b>　　總物料衡算 </b></p>

28、<p><b>　　苯物料衡算 </b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)為</b></p><p><b>　　聯(lián)立解得 ，</b></p><p><b>　　2.3塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　2.3.1理論板層數(shù)的求取&

29、lt;/p><p>　　苯-甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。</p><p>　　2.3.1.1苯-甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　由手冊(cè)查得苯-甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)[1]，如表2-1。</p><p>　　表2-1 常壓下苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　2.3.1.2求最小回流比及操作

30、回流比</p><p>　　采用作圖法求最小回流比，如圖2-1。在圖中對(duì)角線上，自然點(diǎn)（0.435，0.435）作垂線即為進(jìn)料線（線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　最小回流比為 </p><p>　　取操作回流比為 </

31、p><p>　　2.3.1.3求精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p>　　2.3.1.4求操作線方程</p><p><b>　　精餾段操作線方程 </b></p><p><b>　　提餾段操作線方程</b></p><p>　　2.3.1.5圖解法求理論板層數(shù)</p&g

32、t;<p>　　采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖2-1所示。求解結(jié)果為：總理論板層數(shù)(包括再沸器)，進(jìn)料板位置。</p><p>　　2.3.2實(shí)際板層數(shù)的求取</p><p>　　精餾段的實(shí)際板層數(shù) </p><p>　　提餾段的實(shí)際板層數(shù) </p><p>　　圖2-1 苯-甲苯的氣液

33、平衡圖</p><p><b>　　3 塔板計(jì)算</b></p><p>　　3.1精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算</p><p>　　3.1.1精餾段的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算</p><p>　　3.1.1.1操作壓力的計(jì)算</p><p>　　塔頂操作壓力為 </p>&

34、lt;p>　　每層塔板壓降為 </p><p>　　進(jìn)料板壓力為 </p><p><b>　　精餾段平均壓力為 </b></p><p>　　3.1.1.2操作溫度計(jì)算</p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽由安托尼方程[2]計(jì)算，方程如下：<

35、;/p><p>　　苯 （）</p><p>　　甲苯 ()</p><p>　　計(jì)算結(jié)果如下：塔頂溫度℃，進(jìn)料板溫度℃</p><p><b>　　精餾段平均溫度℃</b></p><p>　　3.1.1.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p>

36、<p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　　由圖2-1可知，當(dāng)時(shí)，，則塔頂氣液相平均摩爾質(zhì)量為：</p><p>　　進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　　由理論板的計(jì)算過程可知，，，則進(jìn)料板氣液相平均摩爾質(zhì)量為：</p><p>　　由以上計(jì)算數(shù)據(jù)課的精餾段的平均摩爾質(zhì)量為：</p><p

37、>　　3.1.1.4平均密度計(jì)算</p><p>　　3.1.1.4.1氣相平均密度計(jì)算 </p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算，即</p><p>　　3.1.1.4.2液相平均密度計(jì)算</p><p>　　液相平均密度可以式計(jì)算。</p><p>　　塔頂液相平均密度的計(jì)算</p>&l

38、t;p>　　由℃，查苯、甲苯在不同溫度下的密度[3]并用內(nèi)插法計(jì)算表得：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯在不同溫度下的密度[3]并用內(nèi)插法計(jì)算表得：</p><p><b>　　，</b></p&

39、gt;<p><b>　　因苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為</b></p><p>　　故進(jìn)料板液相平均密度為</p><p>　　由此可得精餾段的平均密度為</p><p>　　3.1.1.5液體平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　液相平均表面張力可以式計(jì)算。</p><p>　　塔頂液相平均

40、表面張力的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯不同溫度下的表面張力[3]并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯在不同溫度下的表面張

41、力[3]并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　故精餾段平均表面張力為</p><p>　　3.1.1.6液體平均黏度計(jì)算</p><p>　　液相平均黏度可以式計(jì)算。</p><p&

42、gt;　　塔頂液相平均黏度的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯在不同溫度下的黏度[3]并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均黏度的計(jì)算：</p><p>　　由℃，查苯、甲苯在不同

43、溫度下的黏度[3]并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　故精餾段液相平均黏度為：</p><p>　　3.1.2提餾段的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算</p><p>　　3.1.2.1操作壓力的計(jì)算<

44、/p><p>　　進(jìn)料板壓力 </p><p><b>　　每層塔板壓降 </b></p><p><b>　　塔底操作壓力 </b></p><p><b>　　提餾段平均壓力 </b></p><p>　　3.1.2.2操作溫度計(jì)算<

45、;/p><p>　　由表2-1知，可用內(nèi)插法求塔底溫度。</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果如下：</b></p><p>　　進(jìn)料板溫度 ℃</p><p>　　塔底溫度 ℃</p><p>　　提餾段平均溫度 ℃</p><p>　　3.1

46、.2.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　塔底頂平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　　由圖2-1可知，最底一層塔板的組成為，則由氣液平衡相圖可知。則</p><p>　　提餾段的平均摩爾質(zhì)量為</p><p>　　3.1.2.4平均密度計(jì)算</p><p>　　3.1.2.4.1氣相平均密度計(jì)算</p>

47、;<p>　　由理想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算，即</p><p>　　3.1.2.4.2液相平均密度計(jì)算</p><p>　　液相平均密度計(jì)算可以式計(jì)算。</p><p>　　塔底液相平均密度的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯在不同溫度下的密度[3]并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，

48、</b></p><p><b>　　提餾段的平均密度為</b></p><p>　　3.1.2.5液體平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　液相平均表面張力可以式計(jì)算。</p><p>　　塔底液相平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯在不同溫度下的表面張力[3]

49、并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　故提餾段平均表面張力為</p><p>　　3.1.2.6液體平均黏度計(jì)算</p><p>　　液相平均黏度可以式計(jì)算。</p><p>　　塔底液相平均黏度的計(jì)算</p><p>　　由℃，查苯、甲苯

50、在不同溫度下的黏度[3]并內(nèi)插得：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　故提餾段液相平均黏度為</p><p>　　3.2精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　3.2.1塔徑的計(jì)算</p><p>　　3.2.1.1精餾段塔徑的計(jì)算</p><p

51、>　　精餾段的氣液相體積流率為：</p><p>　　由，式中由求取，其中由圖3-1[3]查取。</p><p>　　由表3-1取板間距，板上液層高度，則</p><p>　　因，查圖3-1[3]得，則</p><p>　　故 </p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：，則&l

52、t;/p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為：</b></p><p><b>　　實(shí)際氣速為：</b></p><p>　　圖3-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　表3-1 塔板間距與塔徑的關(guān)系<

53、;/p><p>　　3.2.1.2提餾段塔徑的計(jì)算</p><p>　　提餾段的氣液相體積流率為：</p><p>　　由，并取板間距，，板上液層高度，則</p><p><b>　　查圖3-1得，則</b></p><p>　　故 </p><p>　

54、　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：</p><p>　　故 </p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為：</b></p><p><b>　　實(shí)際氣速為：</b></p>

55、<p>　　由以上計(jì)算可知，整個(gè)精餾塔的塔徑為，截面積為。</p><p>　　3.2.2精餾塔有效高度的計(jì)算</p><p><b>　　精餾段有效高度為：</b></p><p><b>　　提餾段有效高度為：</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m，故

56、精餾塔的有效高度為：</p><p>　　3.3塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　為維持踏板上有一定高度的流動(dòng)液層，必須設(shè)置溢流裝置。溢流裝置的設(shè)計(jì)包括堰長(zhǎng)，堰高，弓形降液管的寬度，截面積，降液管底隙高度，進(jìn)口堰的高度與降液管間的水平距離等。塔板結(jié)構(gòu)[3]如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 塔板的結(jié)構(gòu)</p><p>　

57、　3.3.1精餾段塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　3.3.1.1溢流裝置計(jì)算</p><p>　　因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，如圖3-3[3]。</p><p>　　(a)單溢流 (b)弓形降液管 (c)凹形受液盤</p><p><b>　

58、　圖3-3 溢流裝置</b></p><p>　　3.3.1.1.1堰長(zhǎng)</p><p><b>　　取</b></p><p>　　3.3.1.1.2溢流堰高度</p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度可以式計(jì)算。</p><p>　　因，，查圖3-4[3]取，則</p

59、><p>　　圖3-4 流體收縮系數(shù)計(jì)算圖</p><p>　　取板上清液層高度，故</p><p>　　3.3.1.1.3弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　由，查圖3-5[3]，</p><p><b>　　則</b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間

60、，即：</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p>　　圖3-5 弓形降液管參數(shù)</p><p>　　3.3.1.1.4降液管底隙高度</p><p>　　取降液管底隙流速，則</p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　

61、選用凹形受液盤，深度。</p><p>　　3.3.1.2塔板布置</p><p>　　3.3.1.2.1塔板的分塊</p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查表3-2[3]知可分為4塊。</p><p><b>　　表3-2塔板分塊數(shù)</b></p><p>　　3.3.1.2.2邊緣區(qū)寬度&

62、lt;/p><p><b>　　取，</b></p><p>　　3.3.1.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p><b>　　開孔區(qū)面積計(jì)算為：</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　故</b>

63、;</p><p>　　3.3.1.2.4篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　由于苯和甲苯?jīng)]有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列,如圖3-6[3]取孔中心距為：</p><p><b>　　篩孔數(shù)目為：</b></p><p>　　圖3-6 孔的正三角形排列</p><p>&

64、lt;b>　　開孔率為：</b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為：</p><p>　　3.3.2提餾段塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　3.3.2.1溢流裝置計(jì)算</p><p>　　因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤,如圖3-3。</p><p>　　3.3.2.1

65、.1堰長(zhǎng)</p><p><b>　　同精餾段</b></p><p>　　3.3.2.1.2溢流堰高度</p><p>　　溢流堰高度可以式計(jì)算。溢流堰堰型選用平直堰，堰上液層高度可以式計(jì)算。</p><p>　　因，，故從圖3-4可知取，則</p><p>　　取板上清液層高度，則</p

66、><p>　　3.3.2.1.3弓形降液管寬度和截面積</p><p><b>　　由，查圖3-5，則</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即：</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b>

67、;</p><p>　　3.3.2.1.4降液管底隙高度</p><p>　　取降液管底隙高度的流速，則：</p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度。</p><p>　　3.3.2.2塔板布置</p><p>　　3.3.2.2.1塔板的分塊&l

68、t;/p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查表3-2可分為4塊。</p><p>　　3.3.2.2.2邊緣區(qū)寬度</p><p><b>　　取安定區(qū)，無效區(qū)。</b></p><p>　　3.3.2.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p><b>　　開孔區(qū)面積計(jì)算為：</b>

69、;</p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　3.3.2.2.4篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　由于苯和甲苯?jīng)]有腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，如圖3-6。孔中心距為：</p><p>

70、<b>　　篩孔數(shù)目為：</b></p><p><b>　　開孔率為：</b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為：</p><p>　　3.4篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　3.4.1精餾段篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　3.4.1.1塔板壓降<

71、;/p><p>　　3.4.1.1.1干板阻力</p><p>　　干板阻力可以式計(jì)算。</p><p>　　由，查圖3-7[3]得,則</p><p>　　圖3-7 干篩孔的流量系數(shù) 圖3-8 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　3.4.1.1.2氣體通過液層的阻力</p&

72、gt;<p>　　氣體通過液層的阻力可以式計(jì)算。</p><p><b>　　由得</b></p><p>　　則查圖3-8[3]得</p><p><b>　　故</b></p><p>　　3.4.1.1.3液體表面張力的阻力</p><p>　　液體表面張

73、力所產(chǎn)生的阻力可以式計(jì)算，即：</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計(jì)算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為：</p><p>　　3.4.1.2液面落差</p><p>　　對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。</p><p>　　3.4.1.3

74、液沫夾帶</p><p>　　液沫夾帶可以式計(jì)算，取。則</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。</p><p><b>　　3.4.1.4漏液</b></p><p>　　對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可以式計(jì)算。則</p><p><b>　　實(shí)際孔速為</b>

75、</p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。</p><p><b>　　3.4.1.5液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式所表示的關(guān)系，即：</p><p>　　苯-甲苯物系屬一般物

76、系，取，則：</p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，按下式計(jì)算：</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　因此本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　3.4.2提餾段篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p>&

77、lt;p>　　3.4.2.1塔板壓降</p><p>　　3.4.2.1.1干板阻力</p><p>　　干板阻力可以式計(jì)算。</p><p><b>　　由，查圖3-7得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　3.4.2.1.2氣體通過液

78、層的阻力</p><p>　　氣體通過液層的阻力可以式計(jì)算。</p><p><b>　　因，則</b></p><p><b>　　查圖3-8得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　3.4.2.1.3液體表面張力的阻力&

79、lt;/p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力可以式計(jì)算，即：</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度按下式計(jì)算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為：</p><p>　　3.4.2.2液面落差</p><p>　　對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。<

80、;/p><p>　　3.4.2.3液沫夾帶</p><p>　　液沫夾帶可以式計(jì)算，取，則</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。</p><p><b>　　3.4.2.4漏液</b></p><p>　　對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可以式計(jì)算，則</p><p>

81、;<b>　　實(shí)際孔速為</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。</p><p><b>　　3.4.2.5液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式所表示的關(guān)系，即：</p

82、><p>　　苯-甲苯物系屬一般物系，取，則：</p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，按下式計(jì)算：</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　因此本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　3.5

83、塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　3.5.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　3.5.1.1漏液線</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　得 </b></p>

84、<p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-3。</p><p><b>　　表3-3</b></p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。</p><p>　　3.5.1.2液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><

85、b>　　由 </b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-4。</p><p><b>　　表3-4</b></p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><

86、p>　　3.5.1.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。故</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。</p><p>　　3.5.1.4液相負(fù)荷上限線</p><p>　

87、　以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則</p><p><b>　　故</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。</p><p>　　3.5.1.5液泛線</p><p><b>　　令，，，，</b></p><p><b>

88、　　聯(lián)立解得</b></p><p>　　忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得：</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-5。</p><p>&l

89、t;b>　　表3-5</b></p><p>　　由此表即可作出液泛線5。</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖3-9。在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由上圖可看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖查得：</p><p><b>　　，</b></

90、p><p><b>　　故操作彈性為</b></p><p>　　圖3-9 精餾塔精餾段的塔板性能圖</p><p>　　所設(shè)計(jì)精餾段篩板的主要結(jié)果匯總于表3-6。</p><p>　　表3-6 精餾段篩板的主要參數(shù)</p><p>　　3.5.2提餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><p

91、>　　3.5.2.1漏液線</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-7。</p><p&

92、gt;<b>　　表3-7</b></p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。</p><p>　　3.5.2.2液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　整理得</b&g

93、t;</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表3-8。</p><p><b>　　表3-8</b></p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p>　　3.5.2.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液

94、體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。故</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。</p><p>　　3.5.2.4液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則</p><p><b>　　故</b>

95、;</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。</p><p>　　3.5.2.5液泛線</p><p><b>　　令，，，，</b></p><p><b>　　聯(lián)立解得</b></p><p>　　忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得：

96、</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表3-9。</p><p><b>　　表3-9</b></p><p>　　由上表即可作出液泛線5。<

97、;/p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖3-10。在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由上圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　故操作彈性為</b></p><p&g

98、t;　　圖3-10 精餾塔提餾段的塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　所設(shè)計(jì)提餾段篩板的主要結(jié)果匯總于下表3-10。</p><p>　　表3-10 提餾段篩板的主要參數(shù)</p><p><b>　　4 熱量衡算</b></p><p>　　4.1比定壓熱容的計(jì)算</p><p>　　苯-甲苯可近

99、似為理想氣體，其比定壓摩爾熱容可由以下方程[2]計(jì)算，即</p><p>　　方程中的參數(shù)列于表4-1中。</p><p><b>　　表4-1</b></p><p>　　塔頂餾出液、進(jìn)料液、塔底餾出液的比定壓熱容分別為：</p><p><b>　　塔頂溫度下:</b></p>&

100、lt;p><b>　　則</b></p><p><b>　　進(jìn)料口溫度下:</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　塔底溫度下:</b></p><p><b>　　則</b></p&

101、gt;<p>　　塔頂溫度下的潛化熱為：</p><p>　　則 </p><p>　　塔頂?shù)钠骄栙|(zhì)量為：</p><p><b>　　4.2熱量衡算</b></p><p>　　4.2.1 ℃時(shí)塔頂氣體上升的焓</p><p><b>　　

102、塔頂以為基準(zhǔn)</b></p><p>　　4.2.2回流液的焓</p><p>　　在泡點(diǎn)回流下，回流液組成與塔頂組成相同，由表2-1繪出苯-甲苯的圖，如圖4-1。據(jù)圖4-1查在得此時(shí)組成下的泡點(diǎn)為。</p><p><b>　　此溫度下，則</b></p><p><b>　　故</b>

103、;</p><p>　　圖4-1 苯-甲苯圖</p><p>　　4.2.3塔頂餾出液的焓</p><p>　　因餾出口與回流口組成一樣,所以，則</p><p>　　4.2.4冷凝器消耗的焓</p><p>　　4.2.5進(jìn)料口的焓</p><p><b>　　溫度下,則</b

104、></p><p>　　4.2.6 塔底殘液的焓</p><p>　　4.2.7 再沸器（全塔物料衡算式）</p><p>　　塔釜熱損失為10%,則</p><p><b>　　設(shè)再沸器損失能量</b></p><p><b>　　加熱器實(shí)際熱負(fù)荷</b></p

105、><p>　　表4-2 熱量衡算表</p><p><b>　　5 附屬設(shè)備</b></p><p><b>　　5.1冷凝器</b></p><p>　　冷凝器選用管殼式冷凝器，冷凝劑選用冷卻水。冷卻水與氣體之間為逆流，可增大傳熱系數(shù)，有利于節(jié)省面積，減少材料費(fèi)用。冷卻水進(jìn)口溫度25℃，出口溫度定為3

106、8℃。</p><p>　　5.1.1 計(jì)算冷卻水流量</p><p>　　5.1.2 冷凝器的計(jì)算</p><p>　　塔頂溫度，泡點(diǎn)回流溫度，冷凝水，，則</p><p><b>　　取傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　則傳熱面積</b></p>

107、<p><b>　　5.2再沸器</b></p><p>　　選用臥式U型管換熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)，蒸汽選擇、的水蒸氣，傳熱系數(shù)取，。</p><p>　　5.2.1 間接加熱蒸汽</p><p>　　5.2.2再沸器的加熱面積</p><p>　　為再沸器液體入口溫度；</p><

108、p>　　為回流汽化為上升蒸汽時(shí)的溫度；</p><p><b>　　為加熱蒸汽溫度；</b></p><p>　　為加熱蒸汽冷凝為液體的溫度。</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　則傳熱面積</b></p><p>

109、<b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過十天的課程設(shè)計(jì)，終于完成了《板式精餾塔的設(shè)計(jì)》的課程設(shè)計(jì)?？偟膩碚f，這次設(shè)計(jì)的內(nèi)容不算復(fù)雜，但計(jì)算量有些大。只要細(xì)心地計(jì)算，一步一步的把思路縷清晰，就能夠完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p>　　萬事開頭難，剛開始著手計(jì)算時(shí)，思路有點(diǎn)混亂，不知道應(yīng)該先算什么。經(jīng)過老與同學(xué)討論后，思路逐漸變得清洗，接下來的計(jì)算就游刃

110、有余了。我就趁熱打鐵，把與同學(xué)討論的東西重新思考了一遍后就開始認(rèn)真地計(jì)算了。在計(jì)算的過程中仍會(huì)遇到一些小小的困難，但相互討論之后，問題也很快就解決了。</p><p>　　經(jīng)過五天的認(rèn)真計(jì)算，計(jì)算部分基本完成，接下來就是完成電子檔部分了。電子檔部分的輸入比較繁瑣，還有公式的輸入和排版問題。我經(jīng)過反復(fù)的修改，終于完成了初稿。經(jīng)過老師的審閱和指正，我最終完成了本次課程設(shè)計(jì)的電子說明書部分。</p>&l

111、t;p>　　最后就是用Auto CAD畫帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、篩板精餾塔設(shè)備圖和篩板結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容雖然有些復(fù)雜，但是通過這次課設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多知識(shí)。非常感謝孫國(guó)富和徐靜莉老師在課程設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)與批評(píng)。</p><p><b>　　附 圖</b></p><p>　　1.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖</p>

112、;<p>　　2.篩板精餾塔設(shè)備圖</p><p><b>　　3.篩板的結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]賈紹義,柴誠(chéng)敬主編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津:天津大學(xué)出版社,2002:107-115,150</p><p>　　[2]陳新